1. definíció

A mechanika a fizika kiterjedt ága, amely a fizikai testek térbeli és időbeli helyzetének megváltoztatásának törvényeit, valamint a Newton-törvényeken alapuló posztulátumokat tanulmányozza.

1. ábra A dinamika alaptörvénye. Avtor24 - diákmunkák online cseréje

A fizika ezt a tudományos irányát gyakran „newtoni mechanikának” nevezik. A klasszikus mechanika ma a következő részekre oszlik:

• statika - vizsgálja és leírja a testek egyensúlyát;
• kinematika - a mozgás geometriai jellemzőit tanulmányozza anélkül, hogy figyelembe venné annak okait;
• dinamika – anyagi anyagok mozgását vizsgálja.

A mechanikus mozgás az élő anyag egyik legegyszerűbb és egyben leggyakoribb létformája. Ezért a klasszikus mechanika rendkívül jelentős helyet foglal el a természettudományban, és a fizika fő alszakaszának tekintik.

A klasszikus mechanika alaptörvényei

A klasszikus mechanika posztulátumaiban a működő testek mozgását vizsgálja olyan sebességgel, amely sokkal kisebb, mint a fénysebesség. A relativitáselmélet speciális hipotézise szerint a hatalmas sebességgel mozgó elemek számára abszolút tér és idő nem létezik. Ennek eredményeként az anyagok kölcsönhatásának természete bonyolultabbá válik, különösen tömegük a mozgás sebességétől kezd függeni. Mindez a relativisztikus mechanika képleteinek vizsgálati tárgyává vált, amelyekben a fénysebesség állandója alapvető szerepet játszik.

A klasszikus mechanika a következő alaptörvényeken alapul.

1. Galilei relativitás elve. Ezen elv szerint számos referenciarendszer létezik, amelyben bármely szabad test nyugalomban van, vagy állandó sebességgel mozog az irányba. Ezeket a fogalmakat a tudományban inerciálisnak nevezik, és egymáshoz képest egyenes vonalúan és egyenletesen mozognak.
2. Newton három törvénye. Az első megállapítja a tehetetlenségi tulajdonság kötelező jelenlétét a fizikai testekben, és feltételezi az olyan referenciafogalmak jelenlétét, amelyekben a szabad anyag mozgása állandó sebességgel megy végbe. A második posztulátum bevezeti az erő fogalmát, mint az aktív elemek kölcsönhatásának fő mértékét, és elméleti tényekre alapozva a test gyorsulása, mérete és tehetetlensége közötti kapcsolatot feltételezi. Newton harmadik törvénye: minden, az első testre ható erőre van egy ellentétes tényező, amely egyenlő nagyságú és ellentétes irányú.
3. A belső energia megmaradásának törvénye a Newton-törvények következménye a stabil, zárt rendszerekre, amelyekben kizárólag konzervatív erők hatnak. Az anyagtestek zárt rendszerének teljes mechanikai ereje, amelyek között csak hőenergia hat, állandó marad.

Parallelogramma szabályok a mechanikában

Bizonyos következmények következnek Newton három alapvető testmozgáselméletéből, amelyek közül az egyik az összes elemszám összeadása a paralelogramma szabály szerint. Ezen elképzelés szerint bármely fizikai anyag gyorsulása olyan mennyiségektől függ, amelyek főként más testek működését jellemzik, amelyek meghatározzák magának a folyamatnak a jellemzőit. Erőnek nevezzük a vizsgált tárgyra a külső környezetből érkező mechanikai hatást, amely radikálisan megváltoztatja egyszerre több elem mozgási sebességét. A természetben sokrétű lehet.

A klasszikus mechanikában, amely a fénysebességnél lényegesen kisebb sebességekkel foglalkozik, a tömeget magának a testnek az egyik fő jellemzőjének tekintik, függetlenül attól, hogy mozgásban vagy nyugalomban van-e. A fizikai test tömege független az anyagnak a rendszer más részeivel való kölcsönhatásától.

1. megjegyzés

Így a tömeget fokozatosan az élő anyag mennyiségeként kezdték érteni.

A tömeg és erő fogalmának, valamint mérési módszerének megállapítása lehetővé tette Newton számára, hogy leírja és megfogalmazza a klasszikus mechanika második törvényét. Tehát a tömeg az anyag egyik legfontosabb jellemzője, amely meghatározza gravitációs és tehetetlenségi tulajdonságait.

A mechanika első és második elve egyetlen test vagy anyagi pont szisztematikus mozgására vonatkozik. Ebben az esetben csak egy bizonyos fogalom más elemeinek hatását veszik figyelembe. Azonban minden fizikai cselekvés interakció.

A mechanika harmadik törvénye már rögzíti ezt az állítást, és kimondja: egy cselekvés mindig ellentétes irányú és egyenlő reakciónak felel meg. Newton megfogalmazása szerint ez a mechanikai posztulátum csak az erők közvetlen kapcsolatára érvényes, vagy amikor az egyik anyagi test hatása hirtelen átkerül a másikra. Hosszabb ideig tartó mozgás esetén a harmadik törvény az irányadó, amikor a cselekvés átadási ideje elhanyagolható.

Általánosságban elmondható, hogy a klasszikus mechanika összes törvénye érvényes az inerciális referenciarendszerek működésére. A nem inerciális fogalmak esetében teljesen más a helyzet. A koordináták magához az inerciarendszerhez képest felgyorsult mozgásával Newton első törvénye nem használható - a benne lévő szabad testek idővel megváltoztatják mozgási sebességüket, és függenek más anyagok mozgási sebességétől és energiájától.

A klasszikus mechanika törvényeinek alkalmazhatósági korlátai

3. ábra A klasszikus mechanika törvényeinek alkalmazhatósági korlátai. Avtor24 - diákmunkák online cseréje

A fizika 20. század eleji meglehetősen gyors fejlődése eredményeként kialakult a klasszikus mechanika egy bizonyos alkalmazási köre: törvényei és posztulátumai teljesülnek olyan fizikai testek mozgására, amelyek sebessége lényegesen kisebb, mint a mechanika sebessége. fény. Megállapították, hogy a sebesség növekedésével bármely anyag tömege automatikusan növekszik.

A klasszikus mechanikában az alapelvek következetlensége főként azon alapult, hogy a jövő bizonyos értelemben teljesen a jelenben van - ez határozza meg annak valószínűségét, hogy egy rendszer viselkedését bármely időszakban pontosan megjósoljuk.

2. megjegyzés

A newtoni módszer azonnal a természet és a bolygó összes élete lényegének megértésének fő eszközévé vált. A mechanika törvényei és a matematikai elemzés módszerei hamar megmutatták hatékonyságukat és jelentőségüket. A mérési technológián alapuló fizikai kísérlet soha nem látott pontosságot biztosított a tudósoknak.

A fizikai tudás egyre inkább központi ipari technológiává vált, ösztönözve más fontos természettudományok általános fejlődését.

A fizikában az összes korábban izolált elektromosság, fény, mágnesesség és hő egésszé vált, és egyesült az elektromágneses hipotézisben. És bár maga a gravitáció természete bizonytalan maradt, cselekedetei kiszámíthatóak voltak. Létrehozták és megvalósították a Laplace-féle mechanisztikus determinizmus koncepcióját, amely azon a képességen alapul, hogy a kezdeti feltételek kezdeti meghatározása esetén bármikor pontosan meg lehet határozni a testek viselkedését.

A mechanika mint tudomány felépítése meglehetősen megbízhatónak és szilárdnak tűnt, ráadásul szinte teljesnek. Ennek eredményeként az a benyomás alakult ki, hogy a fizika és törvényeinek ismerete a végéhez közeledett - a klasszikus fizika alapjai ilyen hatalmas erőt mutattak.

Mechanika- a fizika ága, amely a testek térbeli helyzetének időbeli változásának törvényeit és az ezeket okozó okokat vizsgálja Newton törvényei alapján. Ezért gyakran nevezik „newtoni mechanikának”.

A klasszikus mechanika a következőkre oszlik:

statikus(ami figyelembe veszi a testek egyensúlyát)

kinematika(amely a mozgás geometriai tulajdonságait vizsgálja anélkül, hogy figyelembe venné annak okait)

dinamika(ami a testek mozgását veszi figyelembe).

A mechanika alapfogalmai:

Tér.

Úgy gondolják, hogy a testek mozgása a térben történik, ami euklideszi, abszolút (a megfigyelőtől független), homogén (a tér bármely két pontja megkülönböztethetetlen) és izotróp (a tér bármely két iránya megkülönböztethetetlen). Idő

- a klasszikus mechanikában nem definiált alapfogalom. Úgy tartják, hogy az idő abszolút, homogén és izotróp (a klasszikus mechanika egyenletei nem függenek az idő áramlásának irányától) Referenciakeret

– egy referenciatestből (egy valós vagy képzeletbeli testből, amelyhez képest egy mechanikai rendszer mozgását tekintjük) és egy koordinátarendszerből áll Anyagi pont

- olyan tárgy, amelynek méretei elhanyagolhatók a feladatban. Valójában minden olyan testnek, amely betartja a klasszikus mechanika törvényeit, szükségszerűen nullától eltérő mérete van. A nem nulla méretű testek összetett mozgásokat tapasztalhatnak, mivel belső konfigurációjuk megváltozhat, például a test elfordulhat vagy deformálódhat. Bizonyos esetekben azonban az anyagi pontokra kapott eredmények az ilyen testekre is alkalmazhatók, ha az ilyen testeket nagyszámú kölcsönhatásban lévő anyagi pont aggregátumának tekintjük. Súly

- a testek tehetetlenségének mértéke.- a koordináták origójától a test elhelyezkedési pontjáig húzott vektor jellemzi a test helyzetét a térben.

Sebesség a testhelyzet időbeli változásainak jellemzője, amelyet az útvonal időbeli deriváltjaként határoznak meg.

Gyorsulás- a sebességváltozás sebessége, a sebesség időbeli deriváltjaként definiálva.

Impulzus- vektorfizikai mennyiség, amely megegyezik egy anyagi pont tömegének és sebességének szorzatával.

Kinetikus energia- egy anyagi pont mozgási energiája, amelyet a test tömegének a sebesség négyzetével szorzatának feleként határozunk meg.

Erő- a testek egymás közötti kölcsönhatásának mértékét jellemző fizikai mennyiség.

Valójában az erő meghatározása Newton második törvénye. Konzervatív erő

- olyan erő, amelynek munkája nem függ a pálya alakjától (csak az erők alkalmazásának kezdő- és végpontjától függ). A konzervatív erők azok az erők, amelyek munkája bármely zárt pálya mentén egyenlő 0-val. Ha csak konzervatív erők hatnak a rendszerben, akkor a rendszer mechanikai energiája megmarad. Disszipatív erők

- erők, amelyek hatására egy mechanikai rendszerre a teljes mechanikai energiája csökken (vagyis disszipál), más, nem mechanikus energiaformákká, például hővé alakul.

A mechanika alaptörvényei Galilei relativitás elve

- a klasszikus mechanika alapelve a relativitás elve, amelyet G. Galileo empirikus megfigyelései alapján fogalmazott meg. Ezen elv szerint végtelenül sok olyan vonatkoztatási rendszer létezik, amelyben egy szabad test nyugalomban van, vagy nagyságában és irányában állandó sebességgel mozog. Ezeket a referenciarendszereket inerciálisnak nevezzük, és egymáshoz képest egyenletesen és egyenesen mozognak. Minden inerciális vonatkoztatási rendszerben a tér és az idő tulajdonságai azonosak, és a mechanikai rendszerekben minden folyamat ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik.

Newton törvényei

A klasszikus mechanika alapja Newton három törvénye. Newton első törvénye

megállapítja a tehetetlenségi tulajdonság jelenlétét az anyagi testekben, és feltételezi olyan referenciarendszerek jelenlétét, amelyekben a szabad test mozgása állandó sebességgel megy végbe (az ilyen vonatkoztatási rendszereket inerciálisnak nevezzük). bevezeti az erő fogalmát, mint a test kölcsönhatásának mértékét, és empirikus tények alapján összefüggést tételez fel az erő nagysága, a test gyorsulása és a (tömeggel jellemzett) tehetetlensége között. A matematikai megfogalmazásban Newton második törvényét leggyakrabban a következőképpen írják le:

Ahol F-a testre ható erők eredő vektora;

a- testgyorsulási vektor;

m a testtömeg.

Newton harmadik törvénye- minden erőre, amely az első testre hat a másodikból, van egy ellentétes erő, amely egyenlő nagyságú és ellentétes irányú, és amely az első testre hat.

Az energiamegmaradás törvénye

Az energiamegmaradás törvénye a Newton-törvények következménye olyan zárt rendszerekre, amelyekben csak konzervatív erők hatnak. Egy zárt testrendszer teljes mechanikai energiája, amelyek között csak konzervatív erők hatnak, állandó marad.

Gépek és mechanizmusok elmélete

Alapfogalmak és definíciók.

A mechanizmusok és gépek elmélete nagy teljesítményű mechanizmusok és gépek kutatásával és fejlesztésével foglalkozik.

Mechanizmus- mozgó anyagtestek halmaza, amelyek közül az egyik rögzített, az összes többi pedig jól meghatározott mozgást végez az álló anyagi testhez képest.

Linkek– anyagi testek, amelyekből a mechanizmus áll.

Rack- fix link.

Az állvány látható. A hivatkozást, amelyre a mozgást kezdetben jelentették, hívják bemenet(kezdő, vezető). A láncszem, amely azt a mozgást teszi, amelyre a mechanizmust tervezték - szabadnap link

Crank-csúszka mechanizmus

Ha ez egy kompresszor, akkor az 1-es link a bemenet, a 3-as pedig a kimenet.

Ha ez egy belső égésű motor mechanizmus, akkor a 3-as link a bemenet, az 1-es pedig a kimenet.

Kinematikai pár- a láncszemek mozgatható kapcsolata, amely lehetővé teszi azok viszonylagos mozgását. A diagramon szereplő összes kinematikai pár a latin ábécé betűivel van jelölve, például A, B, C stb.

Ha, akkor K.P. – forgó; ha, akkor progresszív.

A linkek számozási sorrendje:

bemeneti hivatkozás – 1;

állvány az utolsó szám.

A linkek a következők:

egyszerű - egy darabból áll;

összetett - több, mereven egymáshoz rögzített és ugyanazt a mozgást végrehajtó részből áll.

Például egy belső égésű motor mechanizmusának hajtórúd-csoportja.

Az egymáshoz kapcsolódó linkek kinematikai láncokat alkotnak, amelyek a következőkre oszlanak:

egyszerű és összetett;

zárt és nyitott.

Autó– egy műszaki eszköz egy bizonyos fajta technológiai folyamat megvalósítása eredményeként képes automatizálni vagy gépesíteni az emberi munkát.

A gépek típusokra oszthatók:

energia;

technikai;

szállítás;

információs.

Az energiagépek a következőkre oszthatók:

motorok;

átalakító gépek.

Motor- műszaki eszköz, amely az egyik energiafajtát a másikra alakítja át. Például belső égésű motor.

Transzformátor gép- kívülről energiát fogyasztó, hasznos munkát végző műszaki eszköz. Például szivattyúk, gépek, prések.

A motor és a technológia (munkagép) műszaki kombinációja – Gépegység(MA).

A motornak van bizonyos mechanikai jellemzője, és a munkagépnek is.

 1 – a motor tengelyének forgási sebessége;

 2 – az a sebesség, amellyel a munkagép főtengelye forog.

 1-et és  2-t egymáshoz kell illeszteni.

Például az n 1 fordulatszám =7000 ford./perc, és n 2 =70 ford./perc.

A motor és a munkagép mechanikai jellemzőinek harmonizálására egy hajtóművet szerelnek fel közöttük, amelynek saját mechanikai jellemzői vannak.

u P =1/2=700/70=10

A következők használhatók átviteli mechanizmusként:

súrlódó erőátvitelek (súrlódást használva);

láncos hajtóművek (motorkerékpár-hajtás);

fogaskerekek.

A karos mechanizmusokat leggyakrabban munkagépként használják.

A karszerkezetek fő típusai.

1. Crank-csúszka mechanizmus.

a) központi (1. ábra);

b) tengelyen kívüli (dezoxil) (2. ábra);

e - excentricitás

Rizs. 2

1 hajtókar, mert a láncszem teljes fordulatot tesz a tengelye körül;

2-összekötő rúd, amely nem kapcsolódik az állványhoz, lapos mozgást végez;

3-csúszka (dugattyú), transzlációs mozgást végez;

2. Négycsuklós mechanizmus.

Az 1,3 linkek lehetnek hajtókarok.

Ha az 1-es és a 3-as sebességfokozat forgattyús, akkor a mechanizmus kettős forgattyús.

Ha az 1. csillag egy hajtókar (teljes fordulatot tesz), a 3. csillag pedig egy billenőkar (nem teljes fordulatot hajt végre), akkor a mechanizmus egy forgattyús-forgatókar.

Ha a csillagok 1,3-as lengőkarok, akkor a mechanizmus dupla billenős.

3. Billenő mechanizmus.

1 - hajtókar;

2 - a billenőkő (persely) az 1-es csillaggal együtt teljes körforgást végez A körül (1 és 2 megegyezik), és a 3-as csillag mentén is mozog, aminek hatására az elfordul;

3 - billenőkar (jelenet).

4.Hidraulikus henger

(kinematikailag hasonló a billenő mechanizmushoz).

A tervezési folyamat során a tervező két problémát old meg:

elemzés(feltárja kész mechanizmus);

szintézis(egy új mechanizmust terveznek a szükséges paraméterek szerint);

A mechanizmus szerkezeti elemzése.

Fogalmak a kinematikai párokról és osztályozásukról.

Két egymáshoz rögzített láncszem kinematikai párt alkot. Minden kinematikai pár két független osztályozás alá tartozik:

Példák a páros osztályozásra:

Tekintsük a „csavar-anya” kinematikai párt. Ennek a párnak a mobilitási fokainak száma 1, a kikötött csatlakozások száma pedig 5. Ez a pár egy ötödik osztályú pár lesz, csavarnak vagy anyának csak egy mozgástípus választható szabadon, a második mozgás pedig legyen kísérő.

Kinematikus lánc– különböző osztályok kinematikai párjai által összekapcsolt kapcsolatok.

A kinematikus láncok lehetnek térbeliek vagy laposak.

Térkinematikai láncok– láncok, amelyek láncszemei ​​különböző síkban mozognak.

Lapos kinematikus láncok– olyan láncok, amelyek láncszemei ​​azonos vagy párhuzamos síkban mozognak.

Fogalmak a kinematikai láncok és mechanizmusok mobilitási fokáról.

A térben szabadon lebegő hivatkozások számát jelöljük. A hivatkozások esetében a mobilitás mértéke a következő képlettel határozható meg:. Ezekből a láncszemekből kinematikai láncot alkotunk úgy, hogy a láncszemeket különböző osztálypárokba kapcsoljuk. A különböző osztályok párjainak számát jelöli, ahol az osztály, azaz: - az első osztály párjainak száma, amelyhez a - a második osztály párjainak száma, a - a; a harmadik osztály párjainak száma, amelynél a - a negyedik osztály párjainak száma, amelynél a az ötödik osztály párjainak száma, a; A kialakult kinematikai lánc mozgékonyságának mértéke a következő képlettel határozható meg:.

Egy kinematikai láncból alakítunk ki egy mechanizmust. A mechanizmus egyik fő jellemzője egy állvány (test, alap) jelenléte, amely körül a fennmaradó láncszemek a vezető láncszem (linkek) hatására mozognak.

A mechanizmus mozgékonyságának mértékét általában jelöli. A kinematikai lánc egyik láncszemét alakítsuk állvánnyal, azaz vegyük el belőle mind a hat mozgékonysági fokot, majd: - Somov-Malisev képlet.

Lapos rendszerben a szabadságfok maximális száma kettő. Ezért a síkbeli kinetikus lánc mozgékonyságának mértéke a következő képlettel határozható meg:. A lapos mechanizmus mobilitási fokát a Csebisev-képlet határozza meg:, ahol a mozgó láncszemek száma. A magasabb és alacsonyabb kinematikai párok definícióját használva a Csebisev-képlet a következőképpen írható fel:

Példa a mobilitás mértékének meghatározására.

Kezdőlap > Előadás

Newton a klasszikus mechanika megalapítója. És bár ma a modern tudomány szemszögéből Newton mechanisztikus világképe durvának és korlátozottnak tűnik, ez volt az, ami lendületet adott az elméleti és alkalmazott tudományok fejlődésének a következő közel 200 évben. Newtonnak köszönhetünk olyan fogalmakat, mint abszolút tér, idő, tömeg, erő, sebesség, gyorsulás; felfedezte a fizikai testek mozgásának törvényeit, megalapozva ezzel a fizika tudományának fejlődését. (Ebből azonban semmi sem történhetett volna meg, ha Galilei, Kopernikusz és mások nem előzik meg őt. Nem csoda, hogy ő maga mondta: „Óriások vállán álltam”.) Maradjunk csak Newton tudományos kutatásának fő vívmányánál – a mechanikus világkép. A következő rendelkezéseket tartalmazza:

Az a kijelentés, hogy az egész világ, az Univerzum nem más, mint hatalmas számú, térben és időben mozgó, oszthatatlan és változatlan részecskék gyűjteménye, amelyeket az űrön keresztül testről testre továbbító gravitációs erők kapcsolnak össze. Ebből következik, hogy minden esemény szigorúan előre meghatározott és a klasszikus mechanika törvényei alá tartozik, ami lehetővé teszi az események lefolyásának előre meghatározását és előre kiszámítását. A világ elemi egysége az atom, és minden test abszolút szilárd, oszthatatlan, változatlan testekből - atomokból áll. A mechanikai folyamatok leírásánál a „test” és a „test” fogalmát használta. Az atomok és testek mozgását a testek térben és időben történő egyszerű mozgásaként ábrázolták. A tér és az idő tulajdonságait pedig megváltoztathatatlanként és maguktól a testektől függetlenként mutatták be. A természetet egy nagy mechanizmusként (gépként) mutatták be, amelyben minden résznek megvolt a maga célja, és szigorúan betartott bizonyos törvényeket. Ennek a világképnek a lényege a természettudományos ismeretek és a mechanika törvényeinek szintézise, ​​amely a jelenségek és folyamatok minden sokféleségét mechanikusra redukálta (redukálta).

Megjegyezhetjük ennek a világképnek az előnyeit és hátrányait. Az előnyök közé tartozik, hogy lehetővé tette a természetben előforduló számos jelenség és folyamat megmagyarázását mítoszok és vallások igénybevétele nélkül, hanem magából a természetből. Ami a mínuszokat illeti, sok van belőlük. Például az anyagot Newton mechanisztikus értelmezésében inert szubsztanciaként ábrázolták, amely a dolgok örökös ismétlődésére van ítélve; az idő üres tartam, a tér az anyag egyszerű „tárolója”, amely időtől és anyagtól függetlenül létezik. A megismerő szubjektum kikerült magából a világ képéből - eleve feltételezték, hogy egy ilyen világkép mindig létezik, önmagában, és nem függ a megismerő szubjektum eszközeitől és módszereitől. A mechanisztikus világkép, a természet tudományos magyarázatának Newton által kidolgozott módszerei erőteljes lendületet adtak más tudományok fejlődésének, új tudásterületek - kémia, biológia - megjelenésének (például R. Boyle képes volt a mutasd meg, hogyan történik az elemek kombinációja, és magyarázz el más kémiai jelenségeket a „kis anyagrészecskék” (testek) mozgásáról szóló elképzelések alapján. Lamarck arra a kérdésre keresve a választ, hogy mi az élő szervezetekben bekövetkező változások forrása, Newton mechanikus paradigmájára támaszkodva, arra a következtetésre jutott, hogy minden élőlény fejlődése a „folyadékok növekvő mozgásának” elve alá tartozik. A 19. századig a természettudományban mechanisztikus világkép uralkodott, a tudás módszertani elveken – a mechanizmuson és a redukcionizmuson – alapult. A tudomány és annak különböző területei (biológia, kémia, geológia, maga a fizika) fejlődésével azonban nyilvánvalóvá vált, hogy a világ mechanikus képe nem alkalmas számos jelenség magyarázatára. Így Faraday és Muskwell az elektromos és mágneses terek tanulmányozásával felfedezte azt a tényt, hogy az anyag nemcsak anyagként ábrázolható (mechanisztikus értelmezése szerint), hanem elektromágneses mezőként is. Az elektromágneses folyamatokat nem lehetett mechanikusra redukálni, ezért a következtetés önmagát sugallta: nem a mechanika törvényei, hanem az elektrodinamika törvényei alapvetőek az univerzumban. Végül az energiamegmaradás törvényének felfedezése a 19. század 40-es éveiben (J. Mayer, D. Joule, E. Lenz) megmutatta, hogy az olyan jelenségek, mint a hő, a fény, az elektromosság és a mágnesesség, szintén nincsenek elszigetelve egymástól. (ahogy korábban elképzeltük), de kölcsönhatásba lépnek, bizonyos körülmények között átalakulnak egymásba, és nem mások, mint a természet különböző mozgásformái. Így a világ mechanisztikus képét aláásta annak leegyszerűsített elképzelése, hogy a mozgás mint testek egyszerű mozgása térben és időben, egymástól elszigetelten, az egyetlen lehetséges mozgásforma - a mechanikus, a tér mint „tartály ” az anyag és az idő változatlan állandója, amely nem függ maguktól a testektől. 5. 19. század vége - 20. század eleje. tudományos felfedezések sorozata jellemezte, amelyek befejezték Newton mechanisztikus koncepciójának aláaknázását. Ezek közül csak néhányat említsünk meg: ez egy elemi részecske - elektron, az atom szerkezetének egy része (J. Thompson), majd - egy pozitív töltésű részecske - egy atommag felfedezése az atomon belül (E. Rutherford, 1914), amely alapján az atom bolygómodelljét javasolták: Az elektronok egy pozitív töltésű atommag körül keringenek. Rutherford egy másik elemi részecske létezését is megjósolta az atomon belül - a proton (amit később fedeztek fel). Ezek a felfedezések megdöntötték az atomról az univerzum elemi, oszthatatlan részecskéjének, „téglájának” a jelenlegi felfogását. A következő jelentős csapást a klasszikus természettudományra A. Einstein relativitáselmélete (1916) mérte, amely kimutatta, hogy a tér és az idő nem abszolút, hanem elválaszthatatlanul összefügg az anyaggal (ezek az attribúciós tulajdonságai), valamint mozgás. Ennek a felfedezésnek a lényegét maga Einstein írta le nagyon világosan a „Fizika és valóság” című munkájában, ahol azt mondja, hogy ha korábban (értsd Newton klasszikus mechanikájának uralmának idejét) azt hitték volna, hogy ha minden anyag eltűnik az Univerzumból. , a tér és az idő megmaradna, akkor a relativitáselmélet felfedezte, hogy a tér és az idő is eltűnik az anyaggal együtt. Ugyanakkor e felfedezések jelentősége abban rejlik, hogy nyilvánvalóvá vált a tény: az objektív világ képét nemcsak ennek a világnak a tulajdonságai határozzák meg, hanem a tudás szubjektumának jellemzői is. tevékenysége, személyes pozíciója, egy adott kultúrához való tartozása függ a megismerő alanynak a műszerekkel való interakciójától, a megfigyelési módszerektől stb. A tudomány hatalmas vívmánya a 19. században áttörést jelent az emberi társadalom életének működésével kapcsolatos kérdések felé. , engedelmeskedik-e bizonyos objektív törvényeknek (például a természetnek), vagy elemek, a szubjektivizmus működnek benne. A technológia bevezetése a termelésbe, az áru-pénz kapcsolatok erősödése Nyugat-Európa országaiban felvetette az igényt a nemzet vagyonának felhalmozódását elősegítő okok és tényezők feltárására. Így alakult ki a klasszikus politikai gazdaságtan (XVIII. század, Adam Smith), amely azon az elgondoláson alapul, hogy a vagyon forrása a munka, a gazdasági kapcsolatok szabályozója pedig a piac törvényei. Adam Smith azt állította, hogy a munkaviszonyok az egyének magán-, egyéni érdekein alapulnak. „Minden egyes ember... csak a saját érdekét tartja szem előtt, csak a saját hasznát űzi, és ebben az esetben egy láthatatlan kéz vezeti egy olyan cél felé, amely nem volt szándékában. A saját érdekeit követve gyakran hatékonyabban szolgálja a társadalom érdekeit, mint amikor tudatosan igyekszik szolgálni azokat.” Később, a 40-es években. A XIX. században a német filozófus, K. Marx bírálta a klasszikus politikai ökonómiát, és sikerült feltárnia a kapitalista kizsákmányolás mechanizmusát, megalkotva az értéktöbblet elméletét. Mind A. Smith koncepciója, mind K. Marx tanításai a társadalmi élet törvényszerűségei vizsgálatának első tudományos megközelítésének tekinthetők. Hiba lenne azonban úgy bemutatni a dolgot, hogy Smith és Marx előtt sem a filozófusok, sem a tudomány emberei nem gondolkodtak a társadalomról és az emberről. Elég, ha felidézzük Platón ideális államának tanát, Thomas More („Utópia”), Tomaso Campanella („Nap városa”) igazságos és virágzó társadalmának terveit. Ezek az elképzelések azonban utópisztikus jellegűek voltak, csak „álmok” voltak, ebben az esetben nem kell tudományos megközelítésről beszélni. Igaz, a 19. században az angol utópisztikus szocialisták F. Fourier (1772-1837) és R. Owen (1771-1858) a felvilágosodás francia materialistáinak elképzeléseiből kiindulva megpróbálták megalkotni a „társadalomtudományt” (F Fourier), de az igazságos társadalomról szóló tanításuk nem szabadította meg magát az idealizmustól és az utópisztikusságtól. Vegyük észre, hogy a természettudományi sikerek hatása a humán tudományok (pszichológia, pedagógia, történelem, retorika, jogtudomány) területén is megnyilvánult: a tudományos módszerek (megfigyelés, leírás, kísérlet) használatára vonatkozó követelmények is érvényesek. ehhez a tudásszférához. Összefoglalva: A 19. század végére lezárult a klasszikus típusú tudományos ismeretek kialakulásának korszaka, amely jelentős eredményeket is magában foglalt. A fizikában ez Newton klasszikus mechanikája, később - a termodinamika, az elektromosság és a mágnesesség elmélete; a kémiában felfedezték az elemek periodikus rendszerét, lefektették a szerves kémia kezdeteit; matematikában – az analitikus geometria és a matematikai elemzés fejlesztése; a biológiában - evolúcióelmélet, az élőlények sejtszerkezetének elmélete, a röntgensugarak felfedezése stb. A 19. század végére az volt az érzés, hogy a tudomány szinte minden, a világgal kapcsolatos kérdésre megtalálta a választ, alig maradt mit megfejteni. És hirtelen - új áttörés - az atom szerkezetének felfedezése, amely „fizikai válságot” vont maga után, amely később átterjedt a tudás más ágaira is. Ma már az elmúlt évek távolából nézve azt mondhatjuk, hogy a XIX-XX. az átmenetet jelentette a klasszikusról a nem klasszikus (vagy posztklasszikus) tudományra. Különbségeiket a következőképpen lehet bemutatni:

№	Klasszikus tudomány	Posztklasszikus tudomány
1.	Az alany túllépése a tárgyon.	A tudás és a megismerés szubjektivitásának felismerése.
2.	Beállítás a racionalitásra.	A nem racionális megismerési módok számbavétele.
3.	A dinamikus minták dominanciája.	A valószínűségi-statisztikai törvények szerepének és jelentőségének figyelembevétele.
4.	A vizsgálat tárgya a makrovilág.	A vizsgálat tárgya a mikro-, makro- és megavilág.
5.	A megismerés vezető módszere a kísérlet.	Modellezés (beleértve a matematikát is).
6.	Feltétlen láthatóság.	Feltételes láthatóság.
7.	Világos határvonal a természettudományok és a bölcsészettudományok között.	Ennek a sornak a törlése.
8.	Különleges fegyelem. A tudományok differenciálódásának túlsúlya.	Differenciálás és integráció (rendszerelmélet, szinergetika, strukturális módszer).

Anélkül, hogy részletesen feltárnánk a posztklasszikus tudomány azonosított megkülönböztető jegyeinek lényegét (ez bizonyos fokig a tudomány fejlődési szakaszainak feltárása során történt), megjegyezzük, hogy a benne végbement változásoknak óriási hatása volt. hatással van a világ egészére és az ember hozzáállására. Ez egyrészt abban nyilvánul meg, hogy a modern tudományos és technológiai korszakban nincsenek egységes kánonok, általánosan elfogadott szabványok a világ felfogásában, annak magyarázatában és megértésében – ez a nyitottság az eszmék, fogalmak pluralizmusában fejeződik ki, és értékeket. A modern helyzet másik (második) jellemzője az események felgyorsult ritmusa, szemantikai sűrűsége és konfliktusa. Harmadszor, paradox helyzet állt elő: egyrészt elveszett az univerzum racionális felépítésébe vetett hit, másrészt a társadalom és az egyének életének minden aspektusát racionalizálják, technológiásítják. Ezeknek a folyamatoknak az eredménye az életmód gyökeres változása, preferenciális hozzáállás minden múlandóhoz, változóhoz, ellentétben a stabil, hagyományos, konzervatív. 4. sz. előadás A tudományos ismeretek szerkezete

A tudományos ismeretek sokféle fajtája. Az empirikus tudás, szerkezete és jellemzői. Az elméleti tudás felépítése és sajátosságai. A tudomány alapjai.

1. A tudomány minden ágában - fizika, biológia, kémia stb. - a tudományos ismereteknek sokféle fajtája vagy formája létezik - empirikus tények, hipotézisek, modellek, törvények, elméletek stb. Ezek mind különböznek egymástól Az általánosítás mértéke, például az empirikus tények egy bizonyos empirikus valóságot képviselnek, amelyet különféle információs eszközök - szövegek, képletek, fényképek, videofelvételek és egyszerűen a mindennapi életben megfigyelt jelenségek - képviselnek, míg a törvény az általános állítások megfogalmazása a tulajdonságokról, ill. a vizsgált tárgykör kapcsolatai (tények alapján) . Nézzük meg mindegyiket közelebbről. A tudományos kutatás legfontosabb feladata egy konkrét, objektív tevékenység törvényszerűségeinek megtalálása, azonosítása, megfelelő fogalmakban, elméletekben, elképzelésekben, elvekben való kifejezése. A törvény legáltalánosabb formájában jelenségek és folyamatok kapcsolataként határozható meg, amelyet az objektivitás, a specifikusság, az egyetemesség, a szükségesség, az ismételhetőség és a stabilitás jellemez. A törvények stabilitása és változatlansága azonban mindig meghatározott feltételekkel van összefüggésben, abban az esetben, ha olyan változás következik be, amelyben ez a változatlanság megszűnik, és új jön létre, ami a törvény megváltozásához, annak elmélyüléséhez, bővüléséhez vagy szűkítéséhez vezet. hatókörének. A törvényeket kezdetben feltevések és hipotézisek formájában fedezik fel. A hipotézis a tudás egy olyan formája, amely számos tény alapján megfogalmazott feltételezést tartalmaz, amelynek valódi jelentése bizonytalan és bizonyítást igényel. A modern tudományos módszertanban a „hipotézis” fogalmát két jelentésben használják:

mint a tudás problémás és megbízhatatlan formája; mint a tudományos ismeretek módszere.

Első értelmében a hipotézisnek meg kell felelnie a következő követelményeknek:

a tudományban megállapított törvények betartása; konzisztencia a tényanyaggal; konzisztencia a formális logika szempontjából (ha magában az objektív valóságban lévő ellentmondásról beszélünk, akkor a hipotézisnek tartalmaznia kell ellentmondásokat); szubjektív, önkényes feltételezések hiánya (ami nem tagadja magának az alany tevékenységét); megerősítésének vagy cáfolatának lehetősége akár közvetlen megfigyelés során, akár közvetetten - a hipotézisből levezetve.

Különféle hipotézisek léteznek: általános, specifikus és működő. Az általános hipotézisek a tudományos ismeretek megalapozásának alapját képezik, feltételezéseket tesznek a jelenségek közötti különféle összefüggések mintázatairól. Egyes hipotézisek is tartalmaznak feltételezéseket, de az egyes tények, események, konkrét jelenségek tulajdonságairól. A munkahipotézis egyfajta kiindulópont – a vizsgálat első szakaszában megfogalmazott feltételezés, amely egyfajta vezérfonal a kutatási kereséshez. Emlékeztetni kell arra is, hogy vannak úgynevezett adhocok (egy adott esetre vonatkozó hipotézisek) - ezek számos probléma megoldásához szükséges feltételezések, amelyek később téves lehetőségnek bizonyulhatnak. A tudományos ismeretek egyik legösszetettebb és legfejlettebb formája az elmélet, amely a valóság egy bizonyos területének természetes és lényegi összefüggéseinek holisztikus tükröződését képviseli. A tudomány kidolgozott bizonyos kritériumokat, amelyeknek egy elméletnek meg kell felelnie. Ezek közül csak néhányat nevezzünk meg:

Az elmélet nem mond ellent a tények és a tapasztalatok adatainak, és a rendelkezésre álló kísérleti anyagokon ellenőrizhető legyen. Nem szabad, hogy ellentmondjon a formális logika elveinek, ugyanakkor logikai egyszerűségével és „természetességével” is kitűnjön. Egy elmélet akkor „jó”, ha a témák széles körét fedi le és kapcsolja össze az absztrakciók koherens rendszerévé.

Karl Popper, a tudományfilozófus az elméletet olyan hálózatokhoz hasonlította, amelyek célja, hogy megragadják azt, amit valós világnak nevezünk, annak megértése, magyarázata és elsajátítása érdekében. Ennek megfelelően egy igaz elméletnek minden (és nem néhány) valós ténynek meg kell felelnie, és meg kell felelnie a gyakorlat követelményeinek. Popper az elméletet olyan műszernek nevezte, amelynek tesztelését az alkalmazása során végzik el, és amelynek alkalmasságát az ilyen alkalmazások eredményei alapján ítélik meg. Az elmélet összetett szerkezetű, amelyben a következő összetevőket különböztetik meg: fogalmak, egyenletek, axiómák, törvények; idealizált tárgyak - absztrakt modellek; az ismeretek tisztázását célzó technikák, módszerek, szabályok, bizonyítékok összessége; filozófiai általánosítások és igazolások. Az elmélet magja (amelyről a továbbiakban még lesz szó) egy elvont, idealizált objektum, amely nélkül nem lehet elméletet felépíteni, hiszen valódi kutatási programot tartalmaz. Különféle elméletek léteznek: matematikai, nagyfokú absztrakcióval jellemezhető és dedukcióra támaszkodó elméletek. A matematikai elmélet domináns aspektusa az axiomatikus, hipotetikus-deduktív módszer és a formalizációs módszer alkalmazása. Vannak kísérleti (empirikus) tudományok elméletei - fizika, kémia, biológia stb. A modern tudományban is szokás az elméleteket fenomenológiai és nem-fenomenológiai részekre osztani. A fenomenológiai elméletek a tárgyak folyamatait, tulajdonságait és minőségeit írják le anélkül, hogy a lényegbe mélyednének, és nem azonosítanák a belső mechanizmusokat (például pszichológiai, szociológiai, pedagógiai elméletek). Feladatuk a tények rendszerezése és összegzése sajátos terminológiával. A fenomenológiai elméletek általában bármely tudomány fejlődésének kezdeti szakaszában keletkeznek. A tudományos kutatás fejlődésével a fenomenológiai elméletet felváltja a nem-fenomenológiai vagy magyarázó elmélet. A magyarázó elméletek feltárják a vizsgált jelenségek, folyamatok mély, belső mechanizmusát, kölcsönhatását, jelentős stabil összefüggéseit, összefüggéseit, vagyis a törvényszerűségeket, és elméleti, nem empirikus, hiszen idealizált objektumok alapján alakulnak ki. Az elméleteket kiszámíthatóságuk foka szerint is minősíthetjük megbízhatónak és valószínűséginek. A megbízható elméletek közé tartoznak a klasszikus mechanika, fizika és kémia elméletei; valószínűségi – társadalom- és bölcsészettudományi elméletekhez. A tudományos ismeretek egy ilyen fontos formájára mint problémára kell rámutatni. A probléma nagy valószínűséggel a tudatlanságról való tudás, arról, hogy mit kell megoldani, hogy egy adott jelenség tanulmányozása során felmerülő számos kérdés közül melyiket kell megválaszolni. A probléma helyes azonosításának képessége gyakran fontosabb, mint maga a megoldás. Mi okoz általában problémákat? Akkor merülnek fel, amikor két különböző elmélet ütközik, vagy amikor ellentmondás merül fel egy külön problémában, vagy az elmélet és a megfigyelés ütközésének eredménye. A tudományos problémák megfogalmazása és megoldása megköveteli bizonyos kutatási módszerek megválasztását, amelyeket vagy a cél, vagy a megoldandó problémák jellege határoz meg. Továbbá olyan fogalmi apparátus alkalmazása, amelynek segítségével bizonyos jelenségek rögzítésére van lehetőség. A probléma megfogalmazásánál és kiválasztásánál nagy jelentősége van a tudományos hagyományoknak. A tudományos ismeretek formáinak sokfélesége alakítja ki szerkezetét, amely egy adott rendszer elemei közötti stabil kapcsolatok egységét fejezi ki. A tudományos ismeretek és megismerés szerkezete különböző szakaszokban és ennek megfelelően meghatározott elemek halmazában jelenik meg. A tudományos ismeretek szerkezete a tudományos tudás tárgya és alanya kölcsönhatása szempontjából eltérhet olyan kritériumok szerint, mint a tudás alanya és módszerei, amelyek lehetővé teszik a természettudományok (természettudomány) megkülönböztetését, a társadalom (társadalomtudományok, bölcsészettudományok) és maga a tudás (logika, ismeretelmélet, ismeretelmélet, kognitív tudomány stb.), a „tudomány alapjai” kritériuma szerint, ahol három elemet azonosítanak: a) ideálok és normák; b) filozófiai alapok; c) tudományos világkép. A tudományos tudás szerkezete úgy is bemutatható, mint a két fő szintje – az empirikus és az elméleti – egysége. Előadásunkban a terv megjelölt pontjaiból következően szinte minden szempontot figyelembe kívánunk venni, amelyek alapján a tudományos ismeretek strukturálódtak. Kezdjük ez utóbbival, vagyis az empirikus és az elméleti tudásszint kapcsolatával. 2. Az empirikus (tapasztalati) tudás és megismerés egy tárgy élő, közvetlen szemlélődésén alapuló tevékenység. Jellemző vonásai a tények összegyűjtése, elsődleges általánosítása, a megfigyelések és kísérletek leírása, rendszerezése, osztályozása. Az empirikus kutatás legfontosabb eleme a tény (a latin factum szóból - kész, teljesítve). A „tény” fogalmának a következő jelentései vannak: 1) a valóság bizonyos töredéke, amely vagy az objektív valósághoz, vagy a tudati és megismerési szférához kapcsolódik („tudat tényei”); 2) bármilyen jelenségről, eseményről ismerete, amelynek megbízhatósága bizonyított; 3) egy mondat, amely empirikus tudást (megfigyelések és kísérletek során szerzett ismereteket) rögzít. A tudományos ismeretek tényei kettős jelentéssel bírnak: 1) hipotézisek felállításának és elméletek felépítésének alapját képezik; 2) kulcsfontosságúak az elméletek megerősítésében. Azokban az esetekben, amikor a tények és az elmélet eltérnek, időre van szükség az elmélet újrapróbálásához, és csak akkor nyilvánítják hamisnak az elméletet, ha a köztük lévő ellentmondás feloldhatatlanná válik. A tények csak akkor válnak „makacs dologgá”, „levegővé” vagy „tudóskenyérré”, ha attól függetlenül elfogadják, hogy a tudósok szeretik-e vagy sem, és ha a legteljesebben és legátfogóbban fedik le a kutatás tárgyát (a megengedhetetlenségről beszélünk). egyes tények „kivágásáról”, egyes töredékek kiragadása a sokaságból). Másrészt nem szabad túl sok tényt hajszolni. A tényekkel való munka során a kutató fő célja az, hogy összegyűjtsön belőlük bizonyos számot, értelmet adjon nekik, és fogalmi rendszert hozzon létre. A tények összegyűjtése az empirikus tudás olyan technikájával történik, mint a megfigyelés. A tudós nem egyszerűen rögzíti azokat a tényeket, amelyekkel találkozik, hanem egy konkrét cél, egy hipotézis vezérli, ezért a megfigyelés rendszerezett, rendezett és céltudatos. A tudós nem egyszerűen rögzíti a tényeket, hanem kiválasztja azokat, és meghagyja azokat, amelyek relevánsak a célja szempontjából. Lásd még: Portál: Fizika

Klasszikus mechanika- a mechanika egy fajtája (a fizika ága, amely a testek térbeli helyzetének időbeli változásának törvényeit és az ezeket okozó okokat vizsgálja), amely Newton törvényein és Galilei relativitáselvén alapul. Ezért gyakran nevezik „ Newtoni mechanika».

A klasszikus mechanika a következőkre oszlik:

• statika (amely figyelembe veszi a testek egyensúlyát)
• kinematika (amely a mozgás geometriai tulajdonságait vizsgálja anélkül, hogy figyelembe venné annak okait)
• dinamika (amely a testek mozgását veszi figyelembe).

Számos egyenértékű módszer létezik a klasszikus mechanika formális matematikai leírására:

• Lagrange formalizmus
• Hamiltoni formalizmus

A klasszikus mechanika nagyon pontos eredményeket ad, ha alkalmazása olyan testekre korlátozódik, amelyek sebessége jóval kisebb, mint a fénysebesség, és amelyek mérete jelentősen meghaladja az atomok és molekulák méretét. A klasszikus mechanika tetszőleges sebességgel mozgó testekre történő általánosítása a relativisztikus mechanika, az atomokéhoz hasonló méretekkel rendelkező testekre pedig a kvantummechanika. A kvantumtérelmélet a kvantumrelativisztikus hatásokat vizsgálja.

A klasszikus mechanika azonban megőrzi jelentőségét, mert:

1. sokkal könnyebben érthető és használható, mint más elméletek
2. széles körben elég jól leírja a valóságot.

A klasszikus mechanika használható tárgyak, például felsők és baseball-labdák, számos csillagászati ​​objektum (például bolygók és galaxisok), és néha még számos mikroszkopikus objektum, például molekulák mozgásának leírására is.

A klasszikus mechanika önkonzisztens elmélet, azaz keretein belül nincsenek egymásnak ellentmondó állítások. Más klasszikus elméletekkel, például a klasszikus elektrodinamikával és termodinamikával való kombinációja azonban feloldhatatlan ellentmondások kialakulásához vezet. A klasszikus elektrodinamika különösen azt jósolja, hogy a fénysebesség minden megfigyelő számára állandó, ami összeegyeztethetetlen a klasszikus mechanikával. A 20. század elején ez egy speciális relativitáselmélet megalkotásának szükségességéhez vezetett. Ha a termodinamikával együtt vizsgáljuk, a klasszikus mechanika a Gibbs-paradoxonhoz vezet, amelyben lehetetlen pontosan meghatározni az entrópia értékét, és az ultraibolya katasztrófához, amelyben a fekete testnek végtelen mennyiségű energiát kell kisugároznia. A problémák megoldására tett kísérletek a kvantummechanika megjelenéséhez és fejlődéséhez vezettek.

Alapfogalmak

A klasszikus mechanika több alapkoncepción és modellen dolgozik. Ezek közé tartozik:

Alaptörvények

Galilei relativitás elve

A klasszikus mechanika alapelve a relativitás elve, amelyet G. Galileo empirikus megfigyelései alapján fogalmazott meg. Ezen elv szerint végtelenül sok olyan vonatkoztatási rendszer létezik, amelyben egy szabad test nyugalomban van, vagy nagyságában és irányában állandó sebességgel mozog. Ezeket a referenciarendszereket inerciálisnak nevezzük, és egymáshoz képest egyenletesen és egyenesen mozognak. Minden inerciális vonatkoztatási rendszerben a tér és az idő tulajdonságai azonosak, és a mechanikai rendszerekben minden folyamat ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik. Ez az elv úgy is megfogalmazható, mint az abszolút referenciarendszerek hiánya, vagyis olyan referenciarendszerek, amelyek bármilyen módon megkülönböztethetők másokhoz képest.

Newton törvényei

A klasszikus mechanika alapja Newton három törvénye.

Newton második törvénye nem elegendő a részecske mozgásának leírására. Ezenkívül szükség van az erő leírására, amely a test részt vevő fizikai kölcsönhatás lényegének figyelembevételével nyerhető.

Az energiamegmaradás törvénye

Az energiamegmaradás törvénye a Newton-törvények következménye a zárt konzervatív rendszerekre, vagyis olyan rendszerekre, amelyekben csak konzervatív erők hatnak. Alapvetőbb szempontból kapcsolat van az energia megmaradás törvénye és az idő homogenitása között, amelyet Noether tétele fejez ki.

Túl a Newton-törvények alkalmazhatóságán

A klasszikus mechanika kiterjed a kiterjesztett, nem pontszerű objektumok összetett mozgásainak leírására is. Az Euler-törvények a Newton-törvények kiterjesztését biztosítják erre a régióra. A szögimpulzus fogalma ugyanazokra a matematikai módszerekre támaszkodik, mint az egydimenziós mozgás leírására.

A rakéta mozgásának egyenletei kibővítik a sebesség fogalmát, ahol az objektum lendülete idővel változik, hogy figyelembe vegyék az olyan hatásokat, mint a tömegvesztés. A klasszikus mechanikának két fontos alternatív megfogalmazása létezik: a Lagrange-mechanika és a Hamilton-mechanika. Ezek és más modern megfogalmazások hajlamosak megkerülni az „erő” fogalmát, és más fizikai mennyiségeket, például energiát vagy cselekvést hangsúlyoznak a mechanikai rendszerek leírására.

A lendületre és a mozgási energiára vonatkozó fenti kifejezések csak akkor érvényesek, ha nincs jelentős elektromágneses hozzájárulás. Az elektromágnesességben az áramvezető vezetékre vonatkozó Newton második törvénye sérül, ha nem tartalmazza az elektromágneses tér hozzájárulását a rendszer impulzusához, a Poynting-vektor osztva c 2 hol c a fény sebessége a szabad térben.

Történet

Ősi idő

A klasszikus mechanika az ókorban főleg az építkezés során felmerülő problémák kapcsán keletkezett. A mechanika első kibontakozási ága a statika volt, melynek alapjait Archimedes művei rakták le a Kr.e. 3. században. e. Megfogalmazta a karszabályt, a párhuzamos erők összeadásának tételét, bevezette a tömegközéppont fogalmát, és lefektette a hidrosztatika (Archimédész erő) alapjait.

középkor

Új idő

17. század

XVIII század

19. század

A 19. században az analitikus mechanika fejlődése Osztrogradszkij, Hamilton, Jacobi, Hertz és mások munkáiban zajlott A rezgéselméletben Routh, Zsukovszkij és Ljapunov kidolgozta a mechanikai rendszerek stabilitásának elméletét. Coriolis kidolgozta a relatív mozgás elméletét, bizonyítva a gyorsulás komponensekre bontásának tételét. A 19. század második felében a kinematika a mechanika külön részévé vált.

A kontinuummechanika terén tett előrelépések különösen a 19. században voltak jelentősek. Navier és Cauchy általános formában fogalmazta meg a rugalmasságelmélet egyenleteit. Navier és Stokes munkáiban hidrodinamikai differenciálegyenleteket kaptak a folyadék viszkozitásának figyelembevételével. Ezzel párhuzamosan mélyülnek az ismeretek az ideális folyadék hidrodinamikája terén: megjelennek Helmholtz örvénylések, Kirchhoff, Zsukovszkij és Reynolds turbulenciáról, Prandtl határhatásokról szóló munkái. Saint-Venant matematikai modellt dolgozott ki, amely leírja a fémek képlékeny tulajdonságait.

Modern idők

A 20. században a kutatók érdeklődése áttért a nemlineáris hatásokra a klasszikus mechanika területén. Ljapunov és Henri Poincaré lefektette a nemlineáris rezgések elméletének alapjait. Mescserszkij és Ciolkovszkij a változó tömegű testek dinamikáját elemezte. Az aerodinamika, amelynek alapjait Zsukovszkij dolgozta ki, kiemelkedik a kontinuummechanikából. A 20. század közepén a klasszikus mechanikában aktívan fejlődött egy új irány - a káoszelmélet. A komplex dinamikus rendszerek stabilitásának kérdése szintén fontos marad.

A klasszikus mechanika korlátai

A klasszikus mechanika pontos eredményeket ad azokra a rendszerekre, amelyekkel a mindennapi életben találkozunk. Előrejelzései azonban tévessé válnak olyan rendszerek esetében, amelyek sebessége megközelíti a fénysebességet, ahol a helyébe relativisztikus mechanika lép, vagy nagyon kicsi rendszerekre, ahol a kvantummechanika törvényei érvényesek. Azoknál a rendszereknél, amelyek mindkét tulajdonságot kombinálják, a klasszikus mechanika helyett a relativisztikus kvantumtérelméletet használják. Nagyon sok komponensből vagy szabadságfokból álló rendszerek esetében a klasszikus mechanika sem lehet megfelelő, hanem a statisztikai mechanika módszereit alkalmazzák.

A klasszikus mechanikát széles körben alkalmazzák, mert egyrészt sokkal egyszerűbb és könnyebben használható, mint a fent felsorolt ​​elméletek, másrészt nagy közelítési és alkalmazási potenciállal rendelkezik a fizikai objektumok nagyon széles osztályára, kezdve az ismerőstől, mint pl. egy csúcs vagy egy golyó, nagy csillagászati ​​objektumokhoz (bolygók, galaxisok) és nagyon mikroszkopikusak (szerves molekulák).

Bár a klasszikus mechanika általában összeegyeztethető más „klasszikus” elméletekkel, például a klasszikus elektrodinamikával és termodinamikával, van némi ellentmondás ezen elméletek között, amelyeket a 19. század végén fedeztek fel. Megoldhatók a modernebb fizika módszereivel. Különösen a klasszikus elektrodinamika egyenletei nem invariánsak a Galilei-transzformációk során. A fénysebesség állandóként lép be bennük, ami azt jelenti, hogy a klasszikus elektrodinamika és a klasszikus mechanika csak egy kiválasztott, az éterrel társított vonatkoztatási rendszerben lehetett kompatibilis. A kísérleti vizsgálatok azonban nem tárták fel az éter létezését, ami a speciális relativitáselmélet megalkotásához vezetett, amelyen belül a mechanika egyenletei módosultak. A klasszikus mechanika alapelvei szintén összeegyeztethetetlenek a klasszikus termodinamika egyes megállapításaival, ami a Gibbs-paradoxonhoz vezet, amely szerint az entrópia nem határozható meg pontosan, és az ultraibolya katasztrófához, amelyben a fekete testnek végtelen mennyiségű energiát kell kisugároznia. A kvantummechanikát azért hozták létre, hogy kiküszöböljék ezeket az összeférhetetlenségeket.

Megjegyzések

Internetes hivatkozások

• Videó előadás 1. Fizika: Klasszikus mechanika (1999. ősz)// MIT előadások: 8.01

Irodalom

• Arnold V.I. Avets A. A klasszikus mechanika ergodikus problémái.. - RHD, 1999. - 284 p.
• B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. Fizika középiskolásoknak és egyetemekre jelentkezőknek. - M.: Akadémia, 2008. - 720 p. - (Felsőfokú oktatás). - 34.000 példány.
• - ISBN 5-7695-1040-4 Sivukhin D.V.
• Általános fizika tanfolyam. - 5. kiadás, sztereotip. - M.: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mechanika. - 560 s. - ISBN 5-9221-0715-1 A. N. Matvejev.
• Mechanika és relativitáselmélet. - 3. kiadás - M.: ONIX 21. század: Béke és Nevelés, 2003. - 432 p. - 5000 példányban.- ISBN 5-329-00742-9
• C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mechanika. - 5. kiadás, sztereotip. -M.:

A fejezet fő célja annak biztosítása, hogy a hallgató megértse a klasszikus mechanika fogalmi felépítését. A fejezet anyagának tanulmányozása eredményeként a hallgatónak:

tud

• a klasszikus mechanika alapfogalmai és azok irányítása;
• a legkisebb cselekvés és változatlanság elvei, Newton törvényei, erő, determinizmus, tömeg, kiterjedés, időtartam, idő, tér fogalmai;

képes legyen

• meghatározza bármely fogalom helyét a klasszikus mechanikán belül;
• bármely mechanikai jelenségnek adjon fogalmi értelmezést;
• a mechanikai jelenségek magyarázata a dinamikán keresztül;

saját

• a fizikai fogalmak értelmezésével kapcsolatos aktuális problémahelyzetek fogalmi megértése;
• kritikus hozzáállás a különböző szerzők nézeteihez;
• a fogalmi transzdukció elmélete.

Kulcsszavak: a legkisebb cselekvés elve, Newton törvényei, tér, idő, dinamika, kinematika.

A klasszikus mechanika megalkotása

Kevesen kételkednek abban, hogy Newton tudományos bravúrt hajtott végre a klasszikus mechanika megalkotásával. Abból állt, hogy először mutatták be a fizikai objektumok differenciális mozgástörvényét. Newton munkájának köszönhetően a fizikai tudás olyan magasságba emelkedett, amilyenre korábban soha. Sikerült olyan elméleti remekművet alkotnia, amely legalább több mint két évszázadon át meghatározta a fizika fejlődésének fő irányát. Nehéz nem érteni egyet azokkal a tudósokkal, akik a tudományos fizika kezdetét Newtonhoz kötik. A jövőben nemcsak a klasszikus mechanika fő tartalmának azonosítására van szükség, hanem lehetőség szerint annak fogalmi összetevőinek megértésére is, készen állva arra, hogy kritikusan szemléljük Newton következtetéseit. Utána a fizika három évszázados utat járt be. Nyilvánvaló, hogy még a zseniálisan tehetséges Newton sem tudta előre látni minden újítását.

A Newton által választott fogalomkészlet igen érdekes. Ez egyrészt elemi fogalmak halmaza: tömeg, erő, kiterjedés, egy bizonyos folyamat időtartama. Másodszor, a származtatott fogalmak: különösen a sebesség és a gyorsulás. Harmadszor, két törvény. Newton második törvénye a tárgyra ható erő, annak tömege és az általa elért gyorsulás közötti kapcsolatot fejezi ki. Newton harmadik törvénye szerint a tárgyak által egymásra kifejtett erők egyenlő nagyságúak, ellentétes irányúak, és különböző testekre vonatkoznak.

De mi a helyzet Newton elméletének alapelveivel? A legtöbb modern kutató biztos abban, hogy az elv szerepét Newton mechanikájában az általa elsőnek nevezett törvény játssza. Általában a következő megfogalmazásban adják meg: minden testet továbbra is nyugalmi állapotban vagy egyenletes és egyenes vonalú mozgásban tartanak mindaddig, amíg az alkalmazott erők rá nem kényszerítik ezen állapot megváltoztatására. A helyzet pikantériája abban rejlik, hogy első pillantásra ez az álláspont közvetlenül Newton második törvényéből következik. Ha egy tárgyra ható erők összege nulla, akkor egy állandó tömegű () testnél a gyorsulás () is nulla, ami pontosan megfelel Newton első törvényének tartalmának. Ennek ellenére a fizikusok joggal nem veszik figyelembe az első törvényt

Newton csak egy speciális esete a második törvényének. Úgy vélik, hogy Newtonnak jó oka volt arra, hogy az első törvényt a klasszikus mechanika fő fogalmának tekintse, más szóval elvnek adott neki. A modern fizikában az első törvényt általában így fogalmazzák meg: vannak olyan, inerciálisnak nevezett referenciarendszerek, amelyekhez képest egy szabad anyagi pont korlátlanul megtartja sebességének nagyságát és irányát. Úgy gondolják, hogy Newton pontosan ezt a körülményt fejezte ki első törvényével, bár kínosan. Newton második törvénye csak azokban a vonatkoztatási rendszerekben teljesül, amelyekre az első törvény érvényes.

Így Newton első törvénye valójában szükséges a Newton második és harmadik törvény változatlanságának gondolatának bevezetéséhez. Következésképpen az invariancia elv szerepét tölti be. A szerző szerint Newton első törvényének megfogalmazása helyett be lehetne vezetni az invariancia elvét: vannak olyan vonatkoztatási rendszerek, amelyekben Newton második és harmadik törvénye invariáns.

Szóval úgy tűnik, minden a helyén van. Az általa megalkotott mechanika támogatója Newton elképzeléseinek megfelelően elemi és származékos fogalmak, valamint törvények és változatlanság elve is rendelkezésére áll. De még e kijelentés után is számos ellentmondásos pontra derül fény, amelyek meggyőzik a newtoni mechanika fogalmi tartalmának tanulmányozásának folytatásának szükségességét. Ezt elkerülve lehetetlen megérteni a klasszikus mechanika valódi tartalmát.

Következtetések

• 1. Newton tudományos bravúrja az volt, hogy felírta a fizikai objektumok erők hatására történő mozgásának differenciális törvényét.
• 2. Newton első törvénye a változatlanság elve.

• Szigorúan véve Newton első törvénye egy elv. Ezért nem három, hanem két Newton-törvényről beszélünk. ( Jegyzet auto.)

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete